湖库和坑塘（以下统称水体）水质变化受气候变暖和人为活动系统过程影响，也能反馈区域和全球变化信息，一直以来是国家生态环保行业部门、联合国可持续发展SDG6目标和生态环境科学研究领域重点关注环境问题之一。在卫星所能探测水体中，按面积可划分为小型（<1km²）、中型（1-100km²）和大型（100-1000km²），占总数量的94.39%、5.56%和0.05%，占总面积的15%、 26%和59%（Pietal.,2022）。虽然这些小型水体面积占比小但数量众多，相比大型水体，在营养物质和元素循环中作用不成比例的被放大，是能够吸取大量营养物质“陷阱”，对陆源养分负荷减少具有强抵抗力，更易演变为富营养化或黑臭等受损水体，亟须广泛关注。虽然世界各国水色遥感领域的学者已经开展了广泛的湖泊叶绿素a定量遥感反演研究，依然鲜见关于不同面积湖泊群尤其是小型水体的叶绿素a时空格局系统研究。

为解决上述问题，本研究基于时间序列Landsat系列卫星影像，结合随机森林回归模型（R²为0.75；RMSE为0.65µg L^-1）率先绘制了中国水体叶绿素a数据集，覆盖湖泊、水库和坑塘共计24,149个，按照湖泊面积大小：0.1-1km²、1-10km²、10-100km²、100-1000km²、>1000 km²分析叶绿素a时空变化及驱动分析。

在国家尺度上，平均湖泊叶绿素a浓度均值为16.68 µg L^-1±11.02，叶绿素a均值水平从1986年的20.89μgL^-1下降到2020 年的13.97 μgL^-1，根据中国环境保护政策实施三个时间段划分，全国湖泊叶绿素a均值呈现初始下降（第一阶段1986-1998年）、稳定（第二阶段1999-2008年）和急剧下降（第三阶段2009-2020年）的时间变化趋势，中小型湖泊（面积在0.1-100km²）呈持续下降趋势。中型和大型湖泊群（100 ~ 1000 km²）的叶绿素a浓度水平表现出比中型（10 ~ 100 km²）和小型（0.1 ~ 10 km²）更大的时间变异性。对于中小型湖泊而言，研究发现随着流域面积增大，对于不同流域尺度湖泊群，气候暖湿化解释64%-79%叶绿素a下降变化，GDP增加解释6%-33%的叶绿素a下降变化，且中国实施的生态环境保护政策对叶绿素a水平下降有积极影响。

本研究定量刻画中国水体尤其是小型水体叶绿素a时空格局，阐释环境要素因子响应机制，实现逐年连续小型水体叶绿素a遥感监测，服务于国家水生态文明建设和美丽中国建设“最后一公里”，对于水环境健康评估与分区管控具有现实意义，为应对气候变化相关举措提供参考。

图1 2020年中国湖泊叶绿素a均值估算结果及营养状态分级（a）和1986-2020年不同湖泊面积中国湖泊叶绿素a均值变化趋势

该研究成果分别发表在国际Top期刊Science Bulletin （影响因子IF=21.1）和Innovation （影响因子IF=25.7），中国科学院东北地理与农业生态研究所李思佳副研究员为第一作者，东北地理所宋开山研究员、英国雷丁大学杨洪教授为通讯作者，东北地理所王宗明研究员、东北地理所毛德华研究员、全国环境基准标准与风险管控全国重点实验室廖海清研究员、德国Halle-Jena-Leipzig生物多样性综合研究中心Jonathan M.Chase教授等为共同作者。该项研究得到了国家自然科学基金区域联合基金重点项目资助。

论文信息如下：

Li,S.,Yang,H.*,Liu,G.,Mao,D.,Wang,Z.,Liao,H.,Zhang L.,Zhou,H.,Ji,M. & Song,K*. (2025). Small lakes,big improvements: a multi-decadal assessment of policy and climate impacts on chlorophyll-a in China. Science bulletin,S2095-9273.

链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40887370/

Li,S.,Mao,D.,Chase,J. M.,Song,K.,Wang,Z.,& Yang,H*. (2025). Improve water quality of small water bodies. The Innovation.

链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(25)00141-9